CN101014730A - 用于形成多组分介电膜的系统和方法 - Google Patents

用于形成多组分介电膜的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于混合前体的系统和方法，使得在原子层沉积(ALD)过程中的单一脉冲步骤期间，前体混合物共同存在于腔室中以便形成多组分膜。所述前体包括至少一种不同的化学组分，并且这些不同的组分将形成单层以产生多组分膜。在本发明的另一个方面中，提供了具有组成梯度的介电膜。

Description

用于形成多组分介电膜的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请是2004年4月21日提出的、申请号为10/829,781、名称为“System and Method for Forming Multi-Component DielectricFilms(用于形成多组分介电膜的系统和方法)”的美国专利申请的部分继续申请，通过引用将该专利全部内容并入本文。
发明领域
一般地说，本发明涉及用于在半导体应用中形成介电膜的系统和方法。更具体地说，本发明涉及使用混合蒸发的前体在衬底上制造多组分介电膜的系统和方法。
发明背景
伴随微电子技术的复杂性增加和朝向小型化的努力，每个集成电路的晶体管数量已经成指数增长并且有希望逐渐满足更快、更小和功能更强的电子系统的需要。但是，随着传统硅基晶体管的几何尺寸达到二氧化硅栅电介质变成只有几个原子层厚的临界点，电子的隧穿将变得更加普遍，导致漏电流和功率消耗的增加。因此，将非常需要具有比二氧化硅更高的电容率或介电常数并且能够防止电流隧穿或泄漏的可选电介质。在代替二氧化硅的最有希望的电介质候选中包括氧化铪、氧化锆和氧化钽。
遗憾地是，与二氧化硅不同，这些材料在硅上是化学和热不稳定的，在金属电介质和硅衬底之间的界面处形成缺陷和电荷陷阱。电荷陷阱和缺陷吸收施加在栅极上的电压并且干扰晶体管的性能和可靠性。为了限制界面电荷陷阱和缺陷的形成，在电介质和硅衬底之间沉积二氧化硅界面层。二氧化硅界面缓冲硅衬底与电介质，但是二氧化硅界面可能与电介质的表面性质不兼容。因此，需要可以改进电介质和硅衬底的表面性质和化学性质，同时使等价的物理氧化物厚度最小的界面来制造超薄的高k电介质。
制膜的现有技术的沉积技术，例如化学气相沉积(CVD)逐渐不能满足高级薄膜的要求。虽然可以调整CVD工艺以便提供具有改进的阶梯覆盖(step coverage)的保形膜，然而CVD工艺通常需要高的处理温度。例如，制造高k栅电介质的障碍之一是在CVD工艺期间形成界面氧化硅层。CVD中的气相反应导致产生颗粒。另一个障碍是现有技术的CVD工艺在硅衬底上沉积用于高k栅电介质的超薄膜中的局限性。
沉积极薄膜的传统CVD工艺的替代方案是原子层沉积(ALD)。ALD具有优于传统CVD的几个优点。ALD可以在比较低的温度下进行，这与向着较低温度的工业趋势兼容，并且可以产生保形的薄膜层。使用ALD工艺沉积多组分膜，例如HfxSiyO2(x+y＝1)膜的现有方法是使用顺序的气相沉积方法沉积HfO2和SiO2膜的叠层膜。即，不混合前体化学物质，而是独立且顺序地向腔室中脉冲输送含Hf前体和含Si前体，以便分别形成HfO2和SiO2的叠层。事实上，禁止前体的任何混合，并且在脉冲输送第二种前体前用一种前体清洗腔室。一旦层叠膜形成期望的厚度，退火该膜以便在整个膜中达到更连续的组成。由于多个界面，这种构建不同叠层膜的方法在膜中导致许多电子陷阱，需要高温热退火来修复。增加高温热退火步骤增加了制造半导体的成本和时间，并且还可能导致元素不希望地从先前在硅片上形成的层中不良的向外迁移。另外，在叠层方法中难以控制多组分膜的化学计量组成。通过传统的一种化学顺序前体脉冲方法(例如叠层方法)不能容易地控制HfSiOx膜的介电常数(k)、结晶温度和折射率。此外，使用每次一种化学前体的常规顺序脉冲和清洗形成期望厚度的膜所需要的循环时间是不实用的并且对于未来的IC制造需要过多的时间。
使用混合前体制造多组分膜的尝试已经局限于传统的CVD方法。举例来说，授权给Senzaki等人的美国专利第6,537,613和6,238,734号(′613和′734专利)一般性地公开了通过直接液体注射产生包含金属和准金属化合物的组成梯度的系统和方法。在直接液体注射(DLI)中，将金属和准金属前体混合在一起，以便在将混合物注入沉积系统前形成无溶剂的液体混合物。
但是，′613和′734专利中所述的方法具有几个缺点。具体地说，它是注射液体混合物。如此，如果不彻底混合液体混合物，将在衬底上形成具有不均匀组成和梯度的膜。另外，即使提供适当体积的样品，也不能保证混合物将均匀蒸发，因为每种前体具有独特的沸点、蒸气压和挥发性。此外，如果前体之间的沸点差异很大，一种前体在第二种的沸点下可能分解，形成微粒或污染物。通常，或者没有充分混合前体，导致不均匀的膜组成，或者两种蒸气的混合在气相中引起预反应，导致沉积在硅片上的颗粒或污染物的形成。
因此，需要进一步发展制造多组分膜的方法。特别是需要使用ALD工艺制造多组分膜的方法。进一步希望所述方法提供对多组分膜的化学计量组成或梯度的控制。
发明简述
一般而言，本发明人已经发现了用来混合蒸发的前体使得在原子层沉积(ALD)过程中的一次沉积或脉冲步骤期间蒸发的前体混合物共同存在于腔室中，以便形成多组分膜的方法。所述蒸发的前体每种包括至少一种不同的化学组分，并且这些不同的组分将形成单层以产生多组分膜。本发明人将这种方法称作“共注入ALD”。这种方法与现有技术不同，现有技术在ALD过程中将蒸发的前体单独脉冲送入腔室中，以便形成只包含这些组分中一种的单独单层。
本发明的一个方面提供了通过将蒸发的前体混合到一起，然后注入或共注入该蒸发的前体使得在ALD腔室中存在前体混合物来制造多组分介电膜的系统和方法。此处使用的术语“多组分”膜意指该膜包含两种或多种金属或准金属元素。通过本发明可以形成多种多组分膜，包括但不局限于：金属、金属合金、混合金属氧化物、硅酸盐、氮化物、氧氮化物和它们的混合物。
在本发明的一个实施方案中，提供了通过原子层沉积在衬底表面上形成薄膜的方法，其特征在于：将两种或多种蒸发的前体一起输送入处理腔室中以便在衬底表面上形成单层，每种前体包含至少一种不同的化学组分(典型为金属或准金属元素)，并且所述单层包含每种单独的化学组分。通常，使用术语共注入来指在腔室中存在具有至少一种不同化学组分的两种或多种前体，从而产生具有多种组分的膜。这可以通过以蒸气或液态(气溶胶)的形式将前体共同注入或输送入处理腔室中，或者在处理腔室中混合前体来实现。优选在引入处理腔室中之前混合前体，但并不要求如此。
在另一个方面中，本发明提供了形成多组分膜的系统。在一个实施方案中，该系统通常包括一个或多个蒸发器，每个蒸发器与歧管连接。配置歧管以便将通过蒸发器产生的蒸发的前体混合。歧管与处理腔室的入口连接并且通过该入口将混合的前体注入腔室中。在一个实施方案中，该入口包括注射器，例如莲蓬式喷头注射器。可以在注射器中，而不是在歧管中混合前体。
在本发明的再一个方面中，提供了其中配置处理腔室以便在单个衬底上实施所述沉积方法的系统和方法。可选地，提供了其中配置处理腔室以便在多个衬底(典型为1至200个衬底)上实施所述沉积方法的系统和方法。在一个实施例中，当衬底是直径为200mm的硅晶片时，批式处理腔室包含1-200个衬底。更典型地，当衬底是直径为2000mm的硅晶片时，处理腔室包含1-150个衬底。如果衬底是直径为300mm的硅晶片，则处理腔室更典型包含1-100个衬底。近年来，已经发展了一种“小型分批式”反应器，其中处理腔室中容纳有一批衬底，数目为1-50个。在此情况下衬底典型是直径为200mm和300mm任一种的硅晶片。可选地，配置小型分批式处理腔室以便处理1-25个衬底。衬底典型是直径为200mm或者300mm的硅晶片。在名称为ThermalProcessing System and Configurable Vertical Chamber的PCT专利申请PCT/US03/21575中描述了小型分批式处理系统的一个实例，这里引用该专利的全部内容并将其并入本文。
在本发明的另一个方面中，提供用于形成具有组成梯度的多组分膜的系统和方法。在一个实施方案中，提供了形成多组分膜的方法，其特征在于将两种或多种蒸发的前体(每种前体包含至少一种不同的化学组分)一起注入处理腔室中，以便在衬底表面上形成单层，其中选择性控制注入腔室中的每种蒸发前体的气体流速，使得在膜中形成一种或多种不同化学组分的期望的组成梯度。
在本发明的再一个方面中，提供了具有组成梯度的介电膜，其包括：富硅的底层、富氮的顶层和至少一个介于所述顶层和底层之间的富铪层。在一个实施方案中，在硅衬底-电介质界面的附近或之上选择性沉积氮以阻止硼扩散。在另一个实施方案中，希望提供阻止硼扩散而不对电介质的等价物理氧化物厚度和硅与氮化物电介质之间的界面质量带来负担(例如导致更高的陷阱密度)的系统和方法。在一个实施方案中，可以使用组成梯度来“缓冲”电介质和衬底。例如，当衬底是硅时，沉积富硅并且构成电介质的第二种沉积金属的含量较少的第一层。在第一层上面，沉积除了更低硅含量外主要包含构成电介质的沉积金属的第二层。在一些实施方案中，可以添加附加层来混合相邻层的表面性质和化学性质。在各个实施方案中，可以原位氧化、还原、氮化各层或者它们的组合。
此外，本发明提供了制造多组分氧氮化物膜的系统和方法，其中通过上述方法形成多组分膜，然后在高温下用氧化性反应物氧化该膜，所述氧化性反应物选自臭氧、氧、过氧化物、水、空气、一氧化二氮、一氧化一氮、N-氧化物和它们的混合物。特别有利地，可以原位实施氧化步骤。氧化之后，向处理腔室中顺序输送已激发的氮源并且使其在高温下与氧化层反应，形成氧氮化物。同样，原位实施该步骤。
在优选的实施方案中，本发明提供了通过将包含氮化反应物的前体混合入腔室中并且在相对低的温度下实施ALD过程来制造多组分氧氮化物膜的系统和方法。适宜的氮化剂可以选自氨、氘代氨、15N-氨、胺或酰胺、肼、烷基肼、氮气、一氧化一氮、一氧化二氮、氮自由基、N-氧化物和它们的混合物。
附图简述
通过阅读本发明的详细说明和下面提供的所附权利要求书，并且参考附图，本发明的其它方面、实施方案和优点将变得显而易见，附图中：
图1A是根据本发明一个实施方案制造多组分、多层膜的系统的示意简图。
图1B是根据本发明可选实施方案的处理腔室的部分示意简图。
图2是使用本发明的系统和方法形成的高k电介质栅材料的横截面视图。
图3是说明根据本发明一个实施方案的组成梯度膜的制造方法的流程图。
图4说明了膜组成与沉积前体气体流速之间的关系。在该特定的实施例中，可以通过控制铪和硅沉积气体的流速来调整铪-硅膜的沉积和组成。
图5列出了通过本发明的系统和方法制造的各种HfSiOx膜的原子组成分析的结果。该结果表明对于给定的铪和硅含量浓度，氧原子与铪和硅原子的比例大约为2。这些结果表明通过本发明的系统和方法制造的HfSiO膜在特定的范围上提供了具有结构式HfxSi1-xO2的膜。仅发现痕量的碳、氢和氮。
图6a和6b显示了通过本发明的系统和方法产生的具有化学式Hf0.5Si0.5O2的膜的X-射线光电子光谱法(XPS)谱图。特别地，图6a突出了在膜中发现的铪的4f区的XPS光谱。图6b突出了在膜中发现的硅的2p区的XPS光谱。在两个光谱中，可以看出杂质非常少或者没有。
图7描绘了作为Hf/(Hf+Si)比例的函数测量的硅片上各种50nm厚的HfxSi1-xO2膜的折射率。该图比较了沉积时和沉积后退火的膜的折射率。
图8显示了使用臭氧氧化铪-硅膜获得的HfxSi1-xO2膜的沉积速率相对于沉积温度的变化。
图9a-9c显示了在HF最终处理的硅衬底上于400℃下沉积的Hf0.58Si0.42O2膜的各种TEM横截面图像。图9a、9b和9c显示了电介质厚度分别为2.3nm、4.3nm和6.5nm的Hf0.58Si0.42O2膜的TEM图像。在每种情况中，界面的厚度大约为1nm。
图10是在N2中于700℃退火后具有多晶硅覆盖层的Hf0.58Si0.42O2的横截面TEM图像。
图11测量了HF最终处理的硅片上的各种HfxSi1-xO2膜的作为铪含量函数的电容等效厚度(CET)和漏电流密度。
图12测量了50nm厚的Hf0.34Si0.66O2膜的作为温度函数的膜拉伸应力。
图13显示了对于在沉积后退火步骤中用氨氮化的HfSiOx膜，氮1s和铪4p3/2区的X-射线光电子光谱法(XPS)谱图。相对于HfSiOx，在各个出射(take off)角(TOA)下的HfSiON膜的XPS谱图揭示出膜中存在氮。
图14是使用臭氧氧化二烷基酰胺铪产生的HfO2的沉积速率作为沉积温度函数的曲线图。
图15是通过本发明的共注入系统和方法形成的具有组成梯度的薄膜的横截面视图。图15显示了包含HfSiOx、HfO2和HfOxNy或者HfSiON层的、顺序且原位制造的薄膜。
图16a和16b说明了描述产生本发明的金属、金属合金或混合金属氧氮化物的两种不同方式的反应机理。图16a显示了产生氧氮化物的相对高温的方法，其中氧化步骤在氮化步骤之前。而在图16b中，直至已经在相对低的温度下将膜氮化再进行氧化步骤。
图17显示了典型的氧氮化物膜表面下方的组成分布。氮浓度在膜表面是最大的，并且在表面下方逐渐降低直至达到HfO2层。随着进一步透入膜中，HfO2的浓度降低以让位给HfSiOx，直至达到硅衬底的界面层。
图18显示了本发明的化学试剂输送系统的一个实施方案的简图。
图19是根据本发明另一个实施方案的化学试剂输送系统的简图。
发明详述
一般而言，本发明人已经发现了用来混合前体使得在原子层沉积(ALD)过程中的一次脉冲步骤期间前体混合物存在于腔室中，从而在衬底表面上形成具有多种化学化合物的单层的方法。所述前体包括不同的化学组分，并且这些组分将形成多组分膜。本发明人将这种方法称作“共注入ALD”。这种方法与在ALD过程中将蒸发的前体单独输送或脉冲送入腔室中的现有技术不同。通过本发明可以形成多种多组分膜，包括但不局限于：金属、金属合金、混合金属氧化物、硅酸盐、氮化物、氧氮化物和它们的混合物。
一方面中，本发明提供了可重复且基本上均匀控制多组分膜的化学计量组成的系统和方法。
在一系列实施方案中，本发明提供了制造电容率或介电常数高于二氧化硅并且能够防止电流隧穿或泄漏的电介质的系统和方法。在本发明的另一个方面中提供了制造可以改进电介质和硅衬底的表面性质和化学性质，同时使等价物理氧化物厚度最小的界面的系统和方法。
因此，在本发明的一些实施方案和方面中，本发明提供了在硅衬底-电介质界面附近或上面选择性沉积氮以阻止硼扩散并且提高高-k层结晶温度的系统和方法。在另一个实施方案中，希望提供阻止硼扩散而不对电介质的等价物理氧化物厚度和硅与氮化物电介质间的界面质量带来负担(例如导致更高的陷阱密度)的系统和方法。
在本发明的典型实施方案中，希望提供进行膜的低温氮化的系统和方法；并且在本发明的另一个方面中，本发明提供了顺序、原位输送氮反应物且不需要外部等离子体源并且具有更少的加工步骤和时间优点的系统和方法。
在本发明的另一个方面中提供了形成多组分膜的系统。在如图1A中概括说明的一个实施方案中，该系统通常包括一个或多个蒸发器，每个蒸发器与歧管连接。歧管与反应或沉积室的入口连接，所述入口包括注射器，例如莲蓬式喷头注射器等。
每个蒸发器容纳有一种包含至少一种沉积金属的沉积前体。每个蒸发器与质量流量控制器和温度控制单元连接。可以选择性地控制质量流量控制器和温度单元，以便调节处理腔室中存在的沉积前体的浓度。在一个实施方案中，每个质量流量控制器调节通过系统的载气流速，并且接着，载气将沉积前体稀释并且传输入歧管或者处理腔室中。
在一些系列的实施方案中，蒸发器是鼓泡器，该鼓泡器将包含至少一种沉积金属的一种沉积前体蒸发。将包括载气的加压气体鼓入沉积前体中。可以选择性地控制加压气体的流速来调节处理腔室中存在的沉积前体的浓度。
在一个实施方案中，歧管有利于在输送入处理腔室中之前混合沉积前体。在一些实施方案中，歧管包含T-接口空腔，其容纳并且在输送入处理腔室中之前混合沉积前体。可以加热歧管以便促进沉积前体流入处理腔室中，从而防止在歧管中凝结。可选地，前体的混合可以发生在处理腔室中并且可以取消歧管。
典型经由气体入口将沉积前体输送入处理腔室中并且在表面或者衬底上化学和/或物理吸附沉积前体的单层。所述衬底可以是硅、金属、金属合金、玻璃或聚合物、塑料、有机或无机工件。气体入口可以采取多种形式。在一个实例中，气体入口包括注射器，例如莲蓬式喷头注射器等。可选地，通过多个注射器将沉积前体输送到衬底表面。
通常，当使用单晶片腔室时在沉积期间将衬底承载在晶片支座上，例如静电或真空吸盘上。在一个实施方案中，该吸盘能够通过传导、对流、辐射或者非辐射过程、或者它们的混合来冷却或者加热衬底。可选地，晶片支座可以是承载多个衬底用于批量加工的舟或者盒，如图1B中概括显示。所述多个衬底典型为1-200个衬底，优选1-150个衬底，可选为1-100个衬底，可选为1-50个衬底，并且任选为1-25个衬底。
入口端可切换地向处理腔室原位提供氧化、还原或氮化反应物，从而促进单层或衬底表面的顺序氧化、还原或氮化。
在本发明的再一个方面中，提供了具有组成梯度的介电膜，其包括：富硅的底层、富氮的顶层和至少一个介于所述顶层和底层之间的富铪层。在一个实施方案中，在硅衬底-电介质界面的附近或之上选择性沉积氮以阻止硼扩散。在另一个实施方案中，希望提供阻止硼扩散而不对电介质的等价物理氧化物厚度和硅与氮化物电介质间的界面质量带来负担(例如更高的陷阱密度)的系统和方法。
本发明还提供了制造多组分氧氮化物膜的系统和方法，其中通过上述方法形成多组分膜，然后在高温下用氧化反应物氧化该膜，所述氧化反应物选自臭氧、氧、过氧化物、水、空气、一氧化二氮、一氧化一氮、H2O2、N-氧化物和它们的组合。特别有利地，可以原位实施氧化步骤。氧化之后，向处理腔室中顺序输送已激发的氮粒子并且使其在高温下与氧化层反应，形成氧氮化物。同样，原位实施该步骤。
本发明提供了通过将包含氮化反应物的前体混合入腔室中并且在相对低的温度下实施ALD过程来制造多组分氧氮化物的系统和方法。适宜的氮化剂可以选自氨、氘代氨、15N-氨、胺、酰胺、肼、烷基肼、氮气、一氧化一氮、一氧化二氮、氮自由基、N氧化物、原子氮和它们的混合物。
特别有利地，本发明的多组分膜具有组成梯度。可以利用组成梯度来“缓冲”电介质和衬底。例如，当衬底是硅时，沉积富硅并且构成电介质的第二种沉积金属的含量较少的第一层。在第一层上面，沉积除了更低硅含量外主要包含构成电介质的沉积金属的第二层。在一些实施方案中，可以添加附加层来混合相邻层的表面性质和化学性质。在各个实施方案中，可以原位氧化、还原、氮化各层或者它们的组合。组成梯度还在膜中提供了折射率梯度，这提供了独特的膜光学性质。
图1A是描述了根据本发明一个实施方案制造多组分膜的系统的一个实施方案的简化示意图。参照图1A，一般而言系统100包括容纳晶片支座110的处理腔室102，晶片支座110用于承载晶片或衬底112。提供气体入口114用于向腔室102中输送沉积前体和其它气体103(例如，反应物气体，例如氧化气体等，或者稀释气体)，以便在衬底表面上形成各种层或膜。在举例说明的实施方案中，气体歧管104将一个或多个蒸发器107，109与处理腔室102相连。举例说明的实施方案显示了两个蒸发器，但是可以使用任意数量的蒸发器。每个蒸发器包含存储器116，118，分别用来容纳沉积前体或沉积前体的混合物124，126，以及载气从中流过以辅助蒸发存储器116，118中的内含物的蒸发器元件120，122。可以使用质量流量控制器(未显示)调节载气向蒸发器中的流动以控制蒸发的沉积前体的流速和浓度。任选地，每个蒸发器可以配备加热元件(未显示)来促进蒸发容纳于存储器116，118中的沉积前体124，126。根据沉积前体124，126的物理特性，可能需要载气和加热的组合来蒸发存储器116，118中的沉积前体124，126。
在本发明的一个实施方案中，使用包含至少一种沉积金属且具有如下化学式的沉积前体：
M(L)x
其中M是选自如下组中的金属：Ti、Zr、Hf、Ta、W、Mo、Ni、Si、Cr、Y、La、C、Nb、Zn、Fe、Cu、Al、Sn、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ga、In、Ru、Mn、Sr、Ba、Ca、V、Co、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Bi、Sn、Pb、Tl、Ge或者它们的混合物；其中L是选自如下的配位体：胺、酰胺、烷氧基化物、卤素、氢化物、烷基、叠氮化物、硝酸盐、亚硝酸盐、环戊二烯基、羰基、羧酸盐、二酮酸盐、烯、炔、或它们的取代类似物、以及它们的组合；并且其中x是小于或等于M价数的整数。
有利的是，在每种沉积前体中选择相同的配位体(L)以避免当以蒸气形式混合每种前体时发生配位体交换。配位体交换可能导致微粒的形成，这可能不利地影响沉积膜的质量。在蒸气形式中不会经历配位体交换的配位体也是合适的。
在一个优选的实施方案中，选择两种沉积前体，第一种沉积前体中M是铪而第二种沉积前体中M是硅。第一种和第二种沉积前体都具有相同的配位体(L)以避免当混合第一种和第二种沉积前体时发生配位体交换。适当的配位体包括(但不局限于)二甲胺、二乙胺、二乙基甲基胺或者叔丁氧基(tertbutoxide)。
铪源可以包括二烷基酰胺铪、烷氧基铪、二酮铪、氯化铪(HfCl4)、四(乙基甲基氨基)铪(TEMA-Hf)等中的任一种或者组合。硅源可以包括氨基硅烷、烷氧基硅、二烷基酰胺硅、硅烷、氯化硅、四甲基二硅氧烷(TMDSO)、四(乙基甲基氨基)硅(TEMA-Si)等中的任一种或者组合。在一个优选的实施方案中，液态前体124，126分别包括(TEMA-Hf)和(TEMA-Si)。
典型使用蒸发器蒸发沉积前体。每个蒸发器容纳一种沉积前体。每个蒸发器与质量流量控制器和加热装置连接。如上根据本发明的一个实施方案所述，在沉积的膜中提供了一种或多种化学组分的组成梯度。在一个实施例中，通过控制蒸发的前体量实现了组成的选择性控制。通常通过调节气流控制器和/或温度单元来控制蒸发的前体的量，该温度单元加热蒸发物质以便蒸发所需浓度的一种或多种选定前体。另外或者可选地，可以向注射器114或者歧管104(未显示)中输入稀释气体并且可以选择性地控制稀释气体的流速来稀释输送到腔室102中的沉积前体的量。
蒸发器可以由蒸发包含至少一种沉积金属的沉积前体的鼓泡器组成。当蒸发器是鼓泡器时，将例如载气的加压气体鼓入冗积前体存储器116，118中。有用的载气包括氮气、氩气或者氦气。加压气体将沉积前体稀释并且运载入它们各自的沉积前体导管106，108中，并且有利于沉积前体的混合。任选地，为了在膜中提供组成梯度，可以通过改变鼓泡器的温度选择性地增加或者降低蒸发的沉积前体的量来可操作性地控制一种或多种沉积前体的浓度。可以独立地或者与质量流量控制器和/或与载气流速的控制一起进行温度的控制。因此，可以独立地、或者以各种组合使用各种控制机制中的每种。
在其它实施方案中，由于沉积前体的特性，可以通过光分解或酶或化学催化来蒸发存储器107，109中的沉积前体。
在另一个实施方案中，前体存储器116，118可以包含前体化学试剂的混合物。该混合物通常包含至少一种金属化合物。选择前体化学试剂的配位体具有相同的配位体，从而在配位体交换时混合物的化学特性不会变化。可选地，选择配位体，使得化学试剂相对于彼此是稳定的并且不发生配位体交换。然后，可以使用直接液体注射(DLI)以“混合的液体”输送该混合物，并且在适当的蒸发器设备中蒸发并且以前体的气态混合物输送到导管106，198中。特别有利地，本实施方案允许形成具有宽广范围的多种组分的材料而不必复制输送每种独特化学前体所需的单个硬件(hardware)。可以使用本发明沉积的材料的实例包括，但不局限于HfSiOx、HfSiON、HfSiN、TiAlN、TiSiN、TaAlN、TaSiN、HfTiOx、Ta-Ru合金、化学式为AxByCzO的四元金属氧化物、化学式为AxByCzN的四元金属氮化物等等。
在另一个实施方案中，前体存储器116，118可以包含前体化学试剂的混合物。该混合物通常包含至少一种金属化合物。选择前体化学试剂的配位体具有相同的配位体，从而在配位体交换时混合物的化学特性不会变化。可选地，选择配位体，使得化学试剂相对于彼此是稳定的并且不发生配位体交换。然后，可以使用已知的系统以“气溶胶”输送该混合物，并且在适当的蒸发器设备中蒸发并且以前体的气态混合物输送到导管106，198中。本实施方案也允许形成具有宽广范围的多种组分的材料而不必复制输送每种独特化学前体所需的单个硬件。可以使用本发明沉积的材料的实例包括，但不局限于HfSiOx、HfSiON、HfSiN、TiAlN、TiSiN、TaAlN、TaSiN、HfTiOx、Ta-Ru合金、化学式为AxByCzO的四元金属氧化物、化学式为AxByCzN的四元金属氮化物等等。
再次参照图1A，在蒸发沉积前体124，126之后，通过沉积前体导管106，108将沉积前体124，126输送入歧管104中。沉积前体导管106，108可以是任意形状、尺寸和长度。可以从金属、塑料、聚合物或合金制造导管106，108。典型地，导管由与歧管104相同的材料制成。与歧管104相似，可以对导管106，108进行绝缘或者加热以促进蒸发。任选地，导管106，108和歧管104包含通过光谱分析或光谱测定来测量蒸气浓度和组成的取样区。
可以通过重力或者加压气体促进前体的混合。也可以通过物理装置，例如通过导管106，108向歧管104中强制注射前体124，126的柱塞来实现混合，其中使前体124，126混合成均匀的沉积混合物。在一些实施方案中，导管106，108在歧管104的T-接口130处会合并终止，在输送入处理腔室102中之前在此处混合前体124，126。
可选地，导管106，108可以会合并且将各种前体直接输送入腔室102附近的混合区或空腔或者入口。在一些实施方案中，可以将过滤器嵌入或附加到歧管104以除去不想要的或者分离的颗粒状杂质和气体。
任选地，再次参照歧管104和导管106，108，可以使用内部嵌入式或者位于外部的加热或冷却元件来调整混合并且使膜中微粒和杂质的形成最小化。
歧管104可以采取适于在将前体输送到腔室102中之前混合前体的许多形式。歧管104可以是通过接点(例如T-接口130)与蒸发器连接的单个导管。歧管104可以包括空腔或存储器，以便为混合前体提供一些滞留时间。在可选的实施方案中，可以将歧管都取消，并且当将沉积前体输送入腔室102时直接将沉积前体输送到气体入口114并且在气体入口114中混合(例如当气体入口由注射器组成时)。
再次参照图1A，一旦已经蒸发了前体124，126，则通过一个或多个气体入口114将沉积前体124，126输送到腔室102。气体入口可以采取许多种形式来将气体输送到腔室中。在一个实施方案中，气体入口包括注射器(例如莲蓬式喷头)。在处理腔室102中加入利用了多个可调注射器的莲蓬式喷头来提供所需的膜也在本发明的范围内。虽然图1A中的说明性实施方案显示了具有一个气体入口114的单一晶片腔室，然而可以使用分批式处理腔室、或者小型分批式腔室来实施本发明，例如图1B中所概述。在分批式或者小型分批式腔室中，使用多个气体入口114并且典型以平行或者交叉流的方式将气体输送到每个衬底之上。在名称为Thermal Processing System and ConfigurableVertical Chamber的PCT专利申请PCT/US03/21575中描述了小型批式腔室的实例，这里通过引用将该公开内容并入本文。
在衬底112上沉积包含前体124，126的沉积混合物层。适宜的衬底包括金属、金属合金、玻璃、聚合物、塑料、有机或无机工件。根据沉积模式，将在衬底112上形成沉积混合物的单层或多个单层。优选的沉积方法是原子层沉积。但是，本发明的系统和方法可以使用其它沉积技术。
再次参照图1A，在沉积混合物的沉积之后，通过与真空泵连接的排气口从系统中清洗出过量的混合物，真空泵控制系统压力、气流并且保证在每次沉积过程后快速清洗处理腔室102。晶片支座110用于在沉积或退火步骤期间承载和加热衬底。晶片支座典型包含在其中形成的加热和冷却元件。也可以使用外部加热器(未显示)来控制处理腔室的温度。优选地，晶片支座110是真空或静电吸盘。
处理腔室102具有入口103，其能够可切换地并且顺序地供应用于处理或者用于腔室清洗的其它气体。可以经由入口103将反应物气体输送入腔室中。适宜的反应物气体包括氧化气体、还原气体、氮化气体、或者它们的混合物。可以通过入口103输送的其它气体包括载气或者惰性气体，或者它们的混合物。
在一个优选的实施方案中，为了提供更均匀的膜并且允许最大程度地控制膜的组成，在将蒸发的沉积前体引入反应腔室之前将其在歧管中混合。然而，可以将每种蒸发的前体单独输送到气体入口，例如注射器等，其在将气体注入腔室中时将它们混合，从而不需要单独的歧管。根据本发明的教导，许多机械装置都是合适的，并且本发明不局限于任何一种机械构造。本发明的教导提供了发生各种不同前体的至少部分混合，使得在处理腔室中存在具有不同化学组分的前体混合物以便在一个单层中形成具有多种组分的膜。
可以通过入口103将反应物气体引入处理腔室102中，以便处理衬底112表面上包含沉积混合物的单层和/或与其反应。可以供应反应物气体，顺序或者同时与气体入口114中的沉积前体混合或者直接供应入处理腔室102中。
根据应用可以使用许多种反应物气体。如果反应物气体是氧化气体，则所述单层被氧化。如果反应物气体是还原气体，则所述单层被还原。相似地，如果反应物气体是氮化气体，则所述单层被氮化。适宜的氧化气体包括臭氧、氧、单重态氧、三重态氧、水、过氧化物、空气、一氧化二氮、一氧化一氮、H2O2和它们的混合物。适合的还原气体包括氢。适合的氮化气体包括氨、氘代氨、15N-氨、肼、烷基肼、二氧化氮、一氧化二氮、氮自由基、一氧化一氮、N-氧化物、酰胺、胺和它们的混合物。在另一个实施方案中，在已经将沉积前体沉积到衬底112上之后，可以在真空中将衬底112转移到第二处理单元，该处理单元能够氮化、氧化、还原或者退火衬底112上的单层。
在一个实施例中，为了通过ALD形成包含HfSiN的多组分膜，将铪和硅的沉积前体(例如分别为TEMA-Hf和TEMA-Si)蒸发、混合并连同含氮源(例如NH3)一起输送(也称作“脉冲”)到处理腔室中，以形成HfSiN。可以实施该过程，其中将Hf和Si沉积前体混合在一起并且脉冲送入处理腔室中，然后清洗。脉冲送入氮源气体(例如NH3)并且清洗。这些步骤构成一个ALD循环以形成HfSiN膜。在另一个实施方案中，在一个ALD循环中用氧化剂，例如臭氧另外进行脉冲和清洗步骤，以便形成HfSiON膜。
在一个实施例中，在大约25-800℃范围内，更通常在大约50-600℃范围内，并且最通常在大约100-500℃范围内的处理温度下进行ALD过程。处理腔室中的压力在大约0.001mTorr-600Torr的范围内，更通常在大约0.01mTorr-100Torr的范围内，并且最通常在大约0.1mTorr-10Torr的范围内。所述压力范围涉及脉冲和清洗步骤。处理腔室中总的惰性气体流速(包括使用鼓泡器时其中的载气)通常在大约0-20,000sccm的范围内，并且更通常在大约0-5,000sccm的范围内。
任选地，在已经将沉积前体沉积到衬底112上后，可以在真空中将衬底112转移到第二处理单元，该处理单元能够氮化、氧化、还原或者退火衬底112上的单层。
图2显示了本发明的多层栅电介质的横截面视图。选择第一层200以促进高迁移率(更快的晶体管速度)和相对于衬底112稳定的界面所需的性质。适当地，第一层是具有高介电常数的金属硅酸盐或者氧化物。优选地，第一层是富硅的金属硅酸盐。通过缓和纯金属或金属氧化物与衬底112上的界面二氧化硅残留物之间的不兼容性，第一层的金属硅酸盐中的硅组分降低了界面缺陷的形成。金属硅酸盐中的金属组分用来提高第一层的介电性质。本发明的适宜的金属、金属合金或者混合金属氧化物、氮化物、硅酸盐或氧氮化物包括，但不局限于Ti、Zr、Hf、Ta、W、Mo、Ni、Si、Cr、Y、La、C、Nb、Zn、Fe、Cu、Al、Sn、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ga、In、Ru、Mn、Sr、Ba、Ca、V、Co、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Bi、Sn、Pb、Tl、Ge或者它们的混合物。
在图3的流程图中说明了本发明方法的一个实施方案。显示该实施例只是为了举例说明目的而并非意味着以任何方式限制本发明。在示例性的实施方案中，提供了具有包含Hf的第一种前体的第一个前体蒸发器(步骤150)。还提供了具有包含Si的第二种前体的第二个前体蒸发器(步骤152)。衬底或晶片位于反应腔室的吸盘上(步骤154)，抽空处理腔室(步骤156)，并将衬底加热至预定的处理温度(步骤158)。如上所述，处理温度优选为大约50-800℃，并且更优选大约100-500℃。通过鼓泡气体通过存储器来蒸发所述第一种和第二种前体，以便形成第一种和第二种蒸发的前体(步骤160)、混合(步骤162)，并流向反应腔室(步骤164)。使混合的第一种和第二种蒸发的前体通过气体入口(例如莲蓬式喷头或注射喷嘴)导向衬底上(步骤166)。
本发明还提供了具有图2所示的组成梯度的多组分膜或层。参照图1和2，在处理腔室102中发生第一层200沉积到硅衬底112上。在一个实施例中，形成HfSiO膜，其中在蒸发器107中蒸发铪，并且在蒸发器109中蒸发硅。通过载气将铪和硅沉积前体蒸气带入歧管104中。在歧管内，沉积前体的蒸气被混合并且作为沉积混合物被输送到气体入口114。气体入口114将沉积混合物输送到处理腔室102，并且沉积混合物与衬底112的表面接触并且吸附到该表面上，在衬底112上形成沉积混合物的单层。在用惰性气体清洗处理腔室102或者在真空下抽空后，通过入口103将臭氧气体顺序脉冲送入处理腔室102中。反应物气体使衬底112上的单层饱和，形成包含铪、硅和氧的原子层，其中硅含量高于铪。
图4显示了通过改变沉积前体124和126的流量，可以调节硅相对于铪的浓度以产生多组分膜。图5显示了硅或铪浓度的变化在很大程度上受化学式HfxSi1-xO2(其中x＝0-1)的控制。
对HfxSi1-xO2膜的XPS研究表明了膜中原子的结合方式。图6a代表膜中铪的XPS谱。基于吸收带的强度和结合能的大小，铪主要以硅酸盐形式被发现。在光谱中只看到极少量的杂质，例如HfO2。没有检测到硅化铪的形成。现在参照图6b，硅的XPS谱揭示硅也主要以硅酸盐形式存在，没有或者形成非常少的SiO2。XPS结果突出了本发明的优点。即，形成均质的硅酸铪膜，没有或者有最少的HfO2或SiO2或者硅化铪的小块或夹杂。
现在参照图7，本发明的介电膜的折射率随着硅含量增加而降低。图7显示了在N2气氛下于900℃加热该膜不会引起热改变。
图8显示了沉积速率与温度有关。HfxSi1-xO2的线性生长速率随温度增加。但是，高于400℃时，由于原子层沉积(ALD)过程采取化学气相沉积(CVD)机制，沉积速率显著增加。各种厚度下，在400℃沉积到HF最终处理的(HF-last)硅衬底上的Hf0.58Si0.42O2膜的横截面透射电子显微(TEM)图像显示了相似的界面层厚度，大约为1nm。比较图9a，9b和9c，每个分别具有2.3nm、4.3nm和6.5nm的电介质厚度，界面厚度与电介质厚度无关。这表明当在ALD过程中使用臭氧作为氧化剂时，在制膜的初始阶段可能发生界面处的氧化。
尽管在高温下加热不会改变电介质的无定形状态，但是退火减少了界面氧化物层。图10显示了退火后的Hf0.58Si0.42O2膜的TEM图像。比较界面氧化物层的厚度与图9，退火似乎使界面层减少0.3nm，改善了沉积材料的电容-电压(CV)或者电流-电压(IV)响应。图11显示膜对于热退火是电学稳定的。电容等价厚度(CET)和低的漏电流密度都没有被退火步骤降低。
监测退火至900℃期间50nm厚的Hf0.34Si0.66O2膜的应力滞后测量。如图12所示，加热期间的一致斜率表明了沉积的Hf0.34Si0.66O2膜和硅衬底之间热膨胀的相当稳定的差异。在大约700℃下，应力变得更加具有拉伸性，表明了向微晶状态的形态转变。相对于通过ALD从TEMAHf和O3在300℃下沉积的并且在大约450℃(未显示)下具有应力增加的HfO2膜，HfxSi1-xO2中膜应力转变温度的增加可归因于硅含量的增加。因此，硅含量的增加提高了膜结晶时的温度。
适宜的铪源包括二烷基酰胺铪、烷氧基铪、二酮酸铪或卤化铪。适宜的硅源包括卤化硅、二烷基酰胺硅或胺合硅、烷氧基硅、硅烷、乙硅烷、硅氧烷、氨基乙硅烷和二硅卤化物。典型地，选择具有常见配位体的铪和硅源以便防止配位体交换引起的复杂情况。可以使用共价桥连混合金属(如名称为Molecular Layer Deposition Of ThinFilms With Mixed Components的PCT专利申请PCT/US03/22236中所公开，通过引用将其并入本文)以及非共价结合的混合金属作为沉积前体。非共价键的类型包括氢键、配位键、金属-金属键、金属-π、金属-π*、π-π键、σ-σ键、离子键、范德华相互作用、疏水/亲水相互作用、极性键或者偶极矩相互作用。惰性气体源包括载气(例如氩气，氮气)、惰性气体或者它们的混合物。
再次参照图2，在第一层200上沉积第二层202，其中第二层202具有大于硅的铪浓度，即铪＞硅。更高的铪浓度确保电介质的总体组成的行为类似于高k的铪电介质。在第二层202中存在硅产生从第一层200开始的逐渐的化学计量转变，使得各层间不会有突然的组成界面，这可能会引起电泄漏和缺陷。随后用臭氧进行氧化提供第二层202。
在本发明的多个实施方案中，可以任选地在第二层202上沉积第三层203，其主要包含铪，即铪＞＞硅，以便形成具有组成梯度的电介质层的叠层。使用氧化反应物的氧化主要产生二氧化铪。使用这种方法，可以精确且控制地制造任意梯度、厚度和组成的均质膜。
在另一方面中，可以用氮化反应物氮化第三层203。氮的包含阻碍了例如硼的杂质扩散通过电介质，并且提高了膜的长期性能和可靠性。
在一些实施方案中，可以在氨气的存在下热氮化第三层203作为沉积后的退火步骤。然而，在其它实施方案中，可以使用远离处理腔室102产生的高能氮粒子氮化第三层203。根据本发明的一个方面，图13显示了示例性的用氨后退火的膜的XPS谱。相对于同时在图13中显示的HfSiO参照，存在400eV附近的氮峰表明氮结合到HfSiO层中。在各种出射角(TOA)下的测量检测出HfSiON不仅存在于电介质的表面，而且存在于膜内深处。
任选地，如果需要，可以通过光或者光、热和化学引发剂的任意组合来促进氮化代替依靠加热来形成并退火氮化物层。举例来说，在一些实施方案中，可以使用直接等离子体、远程等离子体、下游等离子体、紫外光子能量、或者它们的组合来促进氮化。激活能源包括等离子体、光、激光、自由基和微波能源以及它们的混合物。
如前面各实施方案中所述，适宜的氮源包括氨、氘代氨、富15N的氨、胺、酰胺、氮气、肼、烷基肼、一氧化二氮、一氧化一氮、氮自由基、N-氧化物或者它们的混合物。
在本发明的另一个方面中，尽管涉及膜的氮化，但是提供了氮化电介质的环境方法。图14显示了二烷基酰胺铪前体和臭氧之间的反应产生HfO2沉积的速率令人意外地随着反应温度的降低而增加。考虑到臭氧对二烷基酰胺铪的反应性，通过分别在图1的蒸发器107和109中蒸发铪和硅，如图14所示向衬底前体112上沉积HfSiOx 300。通过入口103向容纳衬底112的处理腔室102中供应臭氧。如图16a中所示，氧化在相对低的温度下快速发生，产生二氧化铪302。为了保护层302免受从栅极的硼扩散，在金属氧化物302上提供氧氮化物层304是希望的。
存在两种沉积氧氮化物层304的方法。在第一种方法中，如图16a中所示，蒸发沉积前体或多种前体124，126并且将其注入处理腔室102中，在衬底112上形成沉积混合物的单层。
现在参照图16a，尽管提供氧化物302的低温氧化，随后使用氨在800℃下的热氧氮化退火是容许的，但是从工艺角度来说是不利的。结构上，这种高退火温度引起更大的顾虑。即，氧化物层302的结晶，可能导致氧化物302内部深处或晶界处的内在缺陷。
在本发明的优选实施方案中，图16b中显示了沉积氧氮化物的第二种方法。相对于图16a中的方法，图16b中的方法是获得氧氮化物304的更经济的途径。因为臭氧容易与金属二烷基酰胺反应，所以沉积混合物首先沉积到衬底112上并且继续用氨原位处理。在相对低的温度下形成氮化物303后，用臭氧进行氧化使反应完成，以提供氧氮化物304。
在本发明的一些实施方案中，氘代氨、15N-氨是优选的。
图17显示了氧氮化物304表面下方的组成分布。氮浓度在膜表面上最大，但是在表面下方逐渐降低直至达到HfO2。随着进一步深入膜中，Hf02 302的浓度降低，让位给HfSiOx 300，直至达到硅衬底112的界面层。
在另一个说明性的实施例中，提供具有包含Hf的第一种前体(在本实施例中为TEMA-Hf)的第一前体蒸发器。还提供具有包含Si的第二种前体(在本实施例中为TEMA-Si)的第二前体蒸发器。在处理腔室中的衬底夹持器上放置一“批”或者多个衬底或晶片(在本实施例中对一批50个衬底进行测试)。在本实施例中，处理腔室是竖直炉系统的一部分。抽空处理腔室，并且将衬底加热至预定的处理温度。如上所述，处理温度优选在大约50-800℃的范围内，并且更优选在大约100-500℃的范围内。对于本实施例，需要的温度是275℃。通过鼓泡气体通过存储器来蒸发第一种和第二种前体，以便形成第一种和第二种蒸发的前体，混合所蒸发的前体，并且流向处理腔室。使混合的第一种和第二种蒸发的前体通过适当的气体入口(例如注射器)导向衬底上。在衬底的表面上形成两种前体化学元素的单层(例如Hf-化合物和Si-化合物)。通过适当的排气口除去过量的混合的第一种和第二种前体，然后使臭氧脉冲流入处理腔室中，在衬底表面上与混合的第一种和第二种前体的单层反应，以便形成均质的硅酸铪层(例如HfxSi1-xO2)。特别有利地是，注意到本发明不会在层中产生HfO2和SiO2化合物的“混合物”，而是形成了所有组分的均质层。重复这种顺序，直至实现所需的膜厚。按照这种方式，已经将“共注入”方法成功地同时应用于多个衬底。下面的表I显示了对于使用300mm硅片的本实施例，厚度、沉积速率和折射率(n)的均匀性。对于相当的HfO2厚度(n＝1.88)，较低的折射率1.76反映出Si结合入膜中。在0.15μm宽和50∶1纵横比下观察到几乎100％的阶梯覆盖。下表2显示了用来生产更厚的膜(200)以便于准确测定组成的相同方法的组成分析。结果显示出预期的铪与硅与氧的比例。通过本领域公知的RBS和NRA技术进行组成分析。
表1
厚度()     沉积速率(/cy)     n
    顶部中间底部     37.8835.9938.38     0.84        1.7620.80        1.7610.85        1.750
    平均     37.42     0.83        1.758
    ±WTW范围％     3.20％
表2
    225℃     275℃
    HfSiOSi:HfM＝(Hf+Si)O/M     28.24.6064.40.1632.81.96     25.67.2066.90.2832.82.04
    化学式     Hf0.29Si0.05O0.66     Hf0.26Si0.07O0.67
根据本发明，可以沉积具有不同膜厚和氮或氧浓度的许多HfSiON层。尽管这里显示了说明SiO2、HfO2、HfSiOx、HfN、SiN、SiON和HfSiON形成的具体实例，但本领域的技术人员清楚可以使用本发明的方法和ALD系统产生任意厚度、组成、或者类型的薄膜，这些薄膜包含金属、金属合金、或者混合金属氧化物、硅酸盐、氮化物、氧氮化物、或者它们的组合。
在本发明的另一个方面中，可以使用可选的化学输送系统。图18显示了本发明的化学输送系统的一个实施方案。以液态将前体500，501保持在容器中。前体可以由纯的化学物质组成或者可以由一种或多种化学物质的混合物组成。将前体500，501输送到直接液体注射(DLI)系统502，203。DLI系统502，203控制输送到处理腔室506中的前体500，501的量。DLI系统502，203向蒸发室504，505输送控制量的前体500，501。可以使用本领域公知的任何适当的DLI系统。蒸发室504，505将前体500，501从液态转变成气态。然后，将气体输送到腔室506，在这里在支承于衬底支座508上的衬底507上沉积膜。在该示意图中，在前体进入腔室506前将它们混合。但是，这并非本发明的要求。每种前体500，501都可以通过单独的化学输送通路进入腔室506并且直至它们位于腔室中时才混合。
图19显示了本发明的化学输送系统的另一个实施方案。以液态将前体600，601保持在容器中。前体可以由纯的化学物质组成或者可以由一种或多种化学物质的混合物组成。将前体600，601输送到气溶胶系统602，603，该气溶胶系统将液态前体转变成气溶胶。可以使用本领域公知的任何适当的气溶胶系统。气溶胶系统602，603控制输送到处理腔室606中的前体600，601的量。气溶胶系统602，603向蒸发室604，605输送控制量的前体600，601。蒸发室604，605将前体600，601从液态转化成气态。然后，将气体输送到腔室606，在这里在支承于衬底支座608上的衬底607上沉积膜。在该示意图中，在前体进入腔室606前将它们混合。但是，这并非本发明的要求。每种前体600，601都可以通过单独的化学输送通路进入腔室606并且直至它们位于腔室中时才混合。
出于说明和描述的目的，已经给出了本发明特定实施方案的前述说明。它们并非意图进行穷举或者将本发明限制于所公开的精确形式，并且根据上述教导，许多修改、实施方案和变化显然是可能的。意图通过所附的权利要求书和它们的等同形式限定本发明的范围。

Claims (18)

1.一种在衬底表面上形成多组分膜的方法，其包括步骤：
向一个或多个蒸发室中注入所需量的两种或多种前体，每种前体包含至少一种金属或准金属组分；
将所述两种或多种前体蒸发到蒸发室中；
将所述两种或多种前体输送到处理腔室中，其中所述前体共同存在于处理腔室中，并且配置所述处理腔室以容纳多个衬底；
在衬底表面上形成单层，所述单层包含所述金属或准金属组分中的每一种；和
清洗所述处理腔室。
2.一种在衬底表面上形成多组分膜的方法，其包括步骤：
由所需量的两种或多种前体形成气溶胶，并将所述气溶胶输送到一个或多个蒸发室中，每种前体包含至少一种金属或准金属组分；
将所述两种或多种前体蒸发到蒸发室中；
将所述两种或多种前体输送入处理腔室中，其中所述前体共同存在于处理腔室中，并且配置所述处理腔室以容纳多个衬底；
在衬底表面上形成单层，所述单层包含所述金属或准金属组分中的每一种；和
清洗所述处理腔室。
3.权利要求1的方法，其中所述前体具有化学式：
M(L)x
其中M是选自如下的金属：Ti、Zr、Hf、Ta、W、Mo、Ni、Si、Cr、Y、La、C、Nb、Zn、Fe、Cu、Al、Sn、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ga、In、Ru、Mn、Sr、Ba、Ca、V、Co、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Bi、Sn、Pb、Tl、Ge和它们的混合物；其中L是选自如下的配位体：胺、酰胺、烷氧基化物、卤素、氢化物、烷基、叠氮化物、硝酸盐、亚硝酸盐、环戊二烯基、羰基、羧酸盐、二酮酸盐、烯、炔、它们的取代类似物、以及它们的组合；并且其中x是小于或等于M价数的整数。
4.权利要求2的方法，其中所述前体具有化学式：
M(L)x
其中M是选自如下的金属：Ti、Zr、Hf、Ta、W、Mo、Ni、Si、Cr、Y、La、C、Nb、Zn、Fe、Cu、Al、Sn、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ga、In、Ru、Mn、Sr、Ba、Ca、V、Co、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Bi、Sn、Pb、Tl、Ge和它们的混合物；其中L是选自如下的配位体：胺、酰胺、烷氧基化物、卤素、氢化物、烷基、叠氮化物、硝酸盐、亚硝酸盐、环戊二烯基、羰基、羧酸盐、二酮酸盐、烯、炔、它们的取代类似物、以及它们的组合；并且其中x是小于或等于M价数的整数。
5.一种用于原子层沉积的系统，其包括：
至少第一蒸发器，其包含用于沉积的第一种沉积前体；
至少第二蒸发器，其包含用于沉积的第二种沉积前体；
容纳有在1-200范围内的多个衬底的处理腔室，所述处理腔室适合于进行原子层沉积处理；以及
歧管，所述歧管与所述第一和第二蒸发器并且与所述处理腔室连接，所述歧管适合于将第一种和第二种沉积前体混合并输送至所述处理腔室。
6.权利要求5的系统，其中所述多个衬底的数目为1-150。
7.权利要求5的系统，其中所述多个衬底的数目为1-100。
8.权利要求5的系统，其中所述多个衬底的数目为1-50。
9.权利要求5的系统，其中数目为1-25的所述多个衬底一起到处理腔室并且在衬底表面上形成单层，其中选择性控制输送到处理腔室的每一种前体的量，使得在膜中形成一种或多种化学组分的所需的组成梯度。
10.一种用于原子层沉积的系统，其包括：
第一直接液体注射系统，其配置成将一种或多种沉积前体注入第一蒸发室；
第二直接液体注射系统，其配置成将一种或多种沉积前体注入第二蒸发室；和
与所述第一和第二蒸发室连接的处理腔室，配置所述处理腔室以容纳多个衬底并且对其进行配置以便从蒸发室中接收沉积前体并且适于进行原子层沉积处理。
11.一种用于原子层沉积的系统，其包括：
第一气溶胶系统，其配置为形成一种或多种沉积前体的气溶胶，并且将该气溶胶输送到第一蒸发室中；
第二气溶胶系统，其配置为形成一种或多种沉积前体的气溶胶，并且将该气溶胶输送到第二蒸发室中；和
与所述第一和第二蒸发室连接的处理腔室，配置所述处理腔室以容纳多个衬底并且对其进行配置以便从蒸发室中接收沉积前体并且适于进行原子层沉积处理。
12.一种在衬底表面上形成多组分膜的方法，其包括步骤：
向一个或多个蒸发室中注入所需量的两种或多种前体，每种前体包含至少一种金属或准金属组分；
将所述两种或多种前体蒸发到蒸发室中；
将所述两种或多种前体输送到处理腔室中，其中所述前体共同存在于处理腔室中，并且配置所述处理腔室以容纳单一衬底；
在衬底表面上形成单层，所述单层包含所述金属或准金属组分中的每一种；和
清洗所述处理腔室。
13.一种在衬底表面上形成多组分膜的方法，其包括步骤：
由所需量的两种或多种前体形成气溶胶，并且将所述气溶胶输送到一个或多个蒸发室中，每种前体包含至少一种金属或准金属组分；
将所述两种或多种前体蒸发到蒸发室中；
将所述两种或多种前体输送到处理腔室中，其中所述前体共同存在于处理腔室中，并且配置所述处理腔室以容纳单一衬底；
在衬底表面上形成单层，所述单层包含所述金属或准金属组分中的每一种；和
清洗所述处理腔室。
14.权利要求12的方法，其中所述前体具有化学式：
M(L)x
其中M是选自如下的金属：Ti、Zr、Hf、Ta、W、Mo、Ni、Si、Cr、Y、La、C、Nb、Zn、Fe、Cu、Al、Sn、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ga、In、Ru、Mn、Sr、Ba、Ca、V、Co、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Bi、Sn、Pb、Tl、Ge和它们的混合物；其中L是选自如下组中的配位体：胺、酰胺、烷氧基化物、卤素、氢化物、烷基、叠氮化物、硝酸盐、亚硝酸盐、环戊二烯基、羰基、羧酸盐、二酮酸盐、烯、炔、它们的取代类似物、以及它们的组合；并且其中x是小于或等于M价数的整数。
15.权利要求13的方法，其中所述前体具有化学式：
M(L)x
其中M是选自如下的金属：Ti、Zr、Hf、Ta、W、Mo、Ni、Si、Cr、Y、La、C、Nb、Zn、Fe、Cu、Al、Sn、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ga、In、Ru、Mn、Sr、Ba、Ca、V、Co、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Bi、Sn、Pb、Tl、Ge和它们的混合物；其中L是选自如下组中的配位体：胺、酰胺、烷氧基化物、卤素、氢化物、烷基、叠氮化物、硝酸盐、亚硝酸盐、环戊二烯基、羰基、羧酸盐、二酮酸盐、烯、炔、它们的取代类似物、以及它们的组合；并且其中x是小于或等于M价数的整数。
16.一种用于原子层沉积的系统，其包括：
至少第一蒸发器，其包含用于沉积的第一种沉积前体；
至少第二蒸发器，其包含用于沉积的第二种沉积前体；
容纳有单一衬底并且适于进行原子层沉积处理的处理腔室；以及
歧管，所述歧管与所述第一和第二蒸发器并且与所述处理腔室连接，所述歧管适于将所述第一种和第二种沉积前体混合并输送到所述处理腔室中。
17.一种用于原子层沉积的系统，其包括：
第一直接液体注射系统，其配置成将一种或多种沉积前体注入第一蒸发室中；
第二直接液体注射系统，其配置成将一种或多种沉积前体注入第二蒸发室中；和
与所述第一和第二蒸发室连接的处理腔室，配置所述处理腔室以容纳单一衬底并对其进行配置以便从蒸发室接收沉积前体并且适于进行原子层沉积处理。
18.一种用于原子层沉积的系统，其包括：
第一气溶胶系统，其配置为形成一种或多种沉积前体的气溶胶，并且将该气溶胶输送到第一蒸发室中；
第二气溶胶系统，其配置为形成一种或多种沉积前体的气溶胶，并且将该气溶胶输送到第二蒸发室中；以及
与所述第一和第二蒸发室连接的处理腔室，配置所述处理腔室以容纳单一衬底并且对其进行配置以便从蒸发室中接收沉积前体并且适于进行原子层沉积处理。
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